まず第一に、PCBのはんだ付けは、エレクトロニクスの世界において、最も基本的なスキルの一つです。ニンジンとエンドウ豆のように、この2つは密接に関係しています。はんだごてを使わなくてもエレクトロニクスについて学び、自分で作っていくことは可能ですが、はんだ付けのスキルさえあれば、全く新しい世界が開けることに気づくでしょう。このブログでは、PCBのはんだ付けの定義、種類、工程など、基本的な概要を説明します。それでは早速始めましょう。
PCB はんだ付けとは一体何ですか?
ご存知ない方のためにご説明しますと、はんだ付けとは、2つ以上の部品を溶かして接合部に充填する金属（はんだ）を流し込み、接合する工程を指します。最も簡単なはんだ付け作業に必要なのは、 はんだごてはんだごての先端は、はんだを加熱するために使用され、部品全体にはんだが行き渡るようにします。さらに、はんだが先端に付着することで熱伝導が促進され、金属部品の温度がはんだの融点まで上昇します。これにより、部品はPCBにしっかりと接着されます。
実際には、フィラー金属の融点は接合金属よりもはるかに低いことに注意してください。溶接とは異なり、はんだ付けはワークピースを溶かす作業とは無関係です。
また、ろう付けでは、ワークピースの金属は溶融しませんが、はんだ付け工程では、溶加材であるフィラー金属が非常に高温で溶融します。数十年前は、ほとんどすべてのはんだに鉛が含まれていましたが、環境と健康への懸念が高まり、配管や電子機器の用途では鉛フリー合金の使用が求められています。
以下に、さまざまなタイプの PCB はんだ付けを示します。
これは最も一般的な技術です。一定量の丈夫なはんだを対象物の特定の場所に置き、リフロー炉と呼ばれる装置に直接送り込みます。
その後、リフローの熱によってはんだが液化し、オーブンから出ると固まります。これにより、はんだ接合部が形成されます。
ウェーブはんだ付け
これは、部品を固定する必要がある基板上の特定の部分をはんだ付けする選択的はんだ付けの一種です。液状のはんだの波を発生させることで行われます。
ウェーブはんだ付け機は、基板と部品をウェーブで引きずるなどして簡単に接合できるため、非常に用途の広いプロセスです。
手はんだ付け
人類の歴史のほぼ全てにおいて、はんだ付けの標準的な技術は手作業であったことを覚えておいてください。はんだ付けには科学と芸術の両面があり、あらゆる意味で工芸品とみなされています。
手作業によるはんだ付けには、非常に緻密な精度と細部へのこだわりが求められます。これは、デジタル制御やリフロー装置では対応できない特殊な接合部があるためです。
この手作業によるはんだ付けの欠点は、それを必要とする製品がそれほど多くないという事実です。
また、この分野に参入する人の数は非常に少なく、プロセスを集中的に実行できるようになるまで人をトレーニングする苦労にはコストがかかります。
レーザーはんだ付け
リフローはんだ付けとほぼ同じです。硬いはんだを基板上に置き、加熱して流れ出させ、はんだ接合部を完成させるという点は同じですが、特定の箇所にレーザーを照射して行います。
レーザーはんだ付けは、最も柔軟性が高く、精度の点でも究極の方法です。実装部品やスルーホール部品のレーザーはんだ付けも可能です。さらに、このタイプのPCBはんだ付けは、大剣ではなくメスを使用するため、リスクが低い傾向があります。
PCBのはんだ付けプロセス
PCBのはんだ付けプロセスについて簡単に見ていきましょう。このプロセスには以下の内容が含まれます。
- 表面処理
強力でありながら低抵抗のはんだ接合部を求めるなら、表面の清潔さが不可欠です。はんだ付けするすべての表面を適切に洗浄する必要があります。自動車ボディショップなどで入手できる3Mスコッチブライトパッドをご利用ください。
表面の変色を素早く除去し、作業対象となるPCB素材に影響を与えないためです。基板が最終的に銅の輝きを取り戻すまで洗浄されたら、アセトンなどの溶剤を使用できます。
- コンポーネントの配置
部品と基板の両方のクリーニングが完了したら、基板に部品を配置する準備が整います。回路が簡単で部品数が少ない場合を除き、すべての部品を基板に配置してすぐにはんだ付けすることはできません。
基板を裏返して部品を載せる前に、おそらく部品を一つずつはんだ付けする必要があるでしょう。一般的には、最も平らで小さな部品から始めて、後で大きな部品に移るのが理想的です。
- 熱の適用
はんだごての先端にごく少量のはんだを付けるようにしてください。そうすることで、基板と部品の両方に熱が伝わりやすくなります。しかし、接合部を形成するのははんだではありません。
接合部を温めるには、はんだごての先端を基板だけでなく部品のリード線にも当てる必要があります。リード線と基板の両方を温めることが重要です。そうしないと、はんだが溜まりやすく、加熱されていない部分には付着しなくなります。
さらに、接合部を加熱する前に先端に少量のはんだを付けることによって、リードと基板の接触が容易になります。
- 接合部へのはんだの塗布
部品のリードとはんだパッドが十分に加熱されたら、はんだ付けの準備が整いました。こて先ではなく、はんだの先端をはんだパッドと部品のリードの両方に当ててください。
全ての部品が十分に熱くなっている場合、はんだはパッドとリード線全体に自由に流れます。フラックスが溶けて液状化する様子も確認できます。
パッドが完全に覆われ、はんだが凹面のある小さな山を形成するまで、接合部にはんだを追加し続けます。
しかし、はんだが固まり始めた場合は、はんだの量が多かったり、基板に置いたパッドが思ったほど熱くなかったりするかもしれません。最終的には、はんだが固まるまで接合部を動かさないでください。
- ジョイントの検査と清掃
ジョイントの作成が完了したら、次のステップは検査です。冷たいジョイント、パッドが反対側に付いているシャツ、流れが悪い箇所などがないか、注意深く点検してください。ジョイントに問題がなければ、次のステップに進みます。
次のステップでは、小型のサイドカッターを使ってリード線をトリミングします。はんだ接合部の上部で切断します。すべてのはんだ接合部を仕上げたら、基板上に残ったフラックスの残留物を取り除きます。
また、フラックスの中には吸湿性があり、大量の水分を吸収して導電性を高めるものもあります。ほとんどのフラックスはメチルハイドレートと布で簡単に拭き取れますが、中にはより強力な溶剤が必要なものもあります。
PCBのはんだ付け中によくある問題
PCB はんだ付けの過程で発生する可能性のある問題には次のようなものがあります。
- 関節の損傷
これは、はんだが固まる際に動きにさらされることによって引き起こされる問題の一種です。接合部の表面は、ざらざらとした状態、結晶化した状態、または曇った状態になります。見た目が似ているため、コールドジョイントと間違われることがよくあります。
- コールドジョイント
これは、はんだが完全に溶けていない場合に発生します。多くの場合、表面がボコボコしていたり、ざらざらしていたりするのが特徴です。これらの状態は信頼性が低く、はんだ接合部にひび割れが生じます。
- 過熱したジョイント
ここでは、はんだがうまく流れず、焼けたフラックスの残留物により接合部の固定が非常に困難になります。
- 濡れ不足（パッド）
ここでは、2つの接合部において、はんだパッドの濡れが不十分な兆候が見られます。はんだはリード線を良好に濡らしますが、パッドとの接合が理想的ではありません。これは、回路基板が汚れているか、パッドとピンへの加熱が不十分であることが原因である可能性があります。
これらの問題を列挙した後、PCBのはんだ付けに問題があるかどうかをどうやって確認すればいいのか疑問に思うかもしれません。PCBのはんだ付けに問題があるかどうかを確認したい場合、それはあなたが直面している問題の種類によって異なります。
例えば、はんだブリッジの場合、はんだマスク層とパッドの間に十分なスペースが残っていないことがわかります。この場合、残された2つのはんだ接合部が溶け合い、意図しない接続が形成されます。
製造業者がこれに気付いた場合、接合部の間に高温のコテの先端を差し込み、はんだを剥がすことで修復できます。ただし、はんだが多すぎる場合は、はんだ吸い取り線やはんだ吸取器を使用して除去することもできます。
これらの問題を回避し解決する方法
購入者が PCB のはんだ付けに関して前述のいずれかの問題に気付いた場合、少しの忍耐ですべて修復できるため、慌てないことが推奨されます。
はんだを流したいのに、正しい方向に流れず問題が発生した場合は、接合部を冷ましてから清掃し、はんだ付けを行ってください。接合部に残ったフラックスは、慎重に除去してください。
次のステップは、はんだごてを常温まで温めることです。その後、接合部を再加熱し、はんだが再び流れるようにします。
PCBのはんだ付けでどんな問題に遭遇しても、すべて解決可能です。購入者としてどうしたらいいのかわからない場合は、メーカーに修理を依頼することもできます。
PCBのはんだ付けのヒント
PCB はんだ付け作業を始めるときは、次の点に注意してください。
- はんだごての先端やはんだごて本体に触れないようにしてください。はんだごて本体は常に約400度に熱せられているためです。
- ほとんどのはんだ付けステーションには、追加の保護とセキュリティのために耐熱フレックスが装備されているため、はんだ付けの先端で主要なフレックスに触れないでください。
- はんだごては必ず元のスタンドに戻してください。作業台の上、あるいは作業エリアの周囲に、はんだごてを置かないでください。
- はんだ付けは、換気の良い場所で行ってください。溶けたはんだから発生する煙は非常に不快な場合があるからです。頭を作品の上ではなく、横に寄せることをお勧めします。そうすれば、時間のロスを防ぐことができます。
- はんだ付け後は必ず手を洗ってください。はんだ付けには鉛という非常に有毒な金属が含まれているためです。はんだ付けが終わったら、すぐに手をよく洗ってください。
- ゆったりとした服を着ないでください。職場で転倒する原因となる可能性があります。
最後に、はんだ付けステーションの使用を検討する前に、必ず救急箱を用意してください。また、作業中の事故に常に備えることが重要です。周囲の環境に注意し、はんだごての先端には細心の注意を払ってください。
それを包みます
PCB はんだ付けとは何か、PCB が注目されるようになったきっかけ、PCB はんだ付けに必要な手順、発生する可能性のある問題、そして最後に PCB はんだ付けのヒントまで、詳しく説明することができました。
MOKOは、 表面実装 （SMT）、 スルーホール、BGA、 ケーブル＆ワイヤーハーネス、 Box Buildは16年以上にわたり組み立てサービスを提供しています。ぜひ当社についてもっと詳しく知りたい方は、 https://www.mokotechnology.com/.
